我国力争于2060年前实现碳中和。将转化为甲醇是实现碳中和的重要手段，涉及的主要反应以及反应在不同温度下的化学平衡常数如表所示：化学反应平衡常数温度500800①2.50.15②③2.50.375回答下列问题：

1. 我国力争于2060年前实现碳中和。将 $\text{[math]}$ 转化为甲醇是实现碳中和的重要手段，涉及的主要反应以及反应在不同温度下的化学平衡常数如表所示：

化学反应	平衡常数	温度 $\text{[math]}$
化学反应	平衡常数	500	800
① $\text{[math]}$	$\text{[math]}$	2.5	0.15
② $\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
③ $\text{[math]}$	$\text{[math]}$	2.5	0.375

回答下列问题：

(1) 基态 $\text{[math]}$ 原子价层电子的轨道表示式为。

(2) 反应①的 $\text{[math]}$ 0(填“>”或“＜”)；表中 $\text{[math]}$ ；

(3) 反应③过程的能量变化如图所示(图中各物质均为气态)，下列说法正确的是_______(填选项字母)。

A. 反应③的热化学方程式为 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ B. 反应达到平衡后，升温，再次平衡时 $\text{[math]}$ 减小， $\text{[math]}$ 增大 C. 加入催化剂，主要降低反应 $\text{[math]}$ 的活化能 D. 增大压强，反应 $\text{[math]}$ 的 $\text{[math]}$ (正)减小， $\text{[math]}$ (逆)增大

(4) 研究反应③的催化剂选择时，其他条件不变，仅改变催化剂的种类，对反应器出口产品进行成分分析，结果如图所示。在图示催化剂中，反应③应选择的最佳催化剂及选择理由是。

(5) 在不同压强下，按照 $\text{[math]}$ 投料，实验测定 $\text{[math]}$ 的平衡转化率和 $\text{[math]}$ 的平衡产率随温度变化的关系如图甲、乙所示：

已知： $\text{[math]}$ 的平衡转化率 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 的平衡产率 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

其中纵坐标表示 $\text{[math]}$ 的平衡转化率的是图(填“甲”或“乙”)。

(6) 一定条件下( $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ )，向体积为 $\text{[math]}$ 的恒容密闭容器中通入 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 发生上述反应，测得 $\text{[math]}$ 的平衡转化率和 $\text{[math]}$ 的平衡产率如(5)图甲、乙所示，反应③的平衡常数为(写出计算过程)。

【考点】

化学平衡常数;

【答案】

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综合题困难

氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，氢能产业链由制氢、储氢和用氢组成。

Ⅰ．制氢：

（1）甲醇水重整制氢的反应体系中，同时发生以下反应：

反应1：CH₃OH(g) $\text{[math]}$ CO(g)＋2H₂(g) ΔH₁= + 90.6 kJ/mol

反应2：CH₃OH(g)＋H₂O(g) $\text{[math]}$ CO₂(g)＋3H₂(g) ΔH₂= + 49.4 kJ/mol

反应3：CO(g)＋H₂O(g) $\text{[math]}$ CO₂(g)＋H₂(g) ΔH₃= kJ/mol

（2）以CuOZnOAl₂O₃催化剂进行甲醇重整制氢时，保持温度和容器体积不变，改变水和甲醇的投料比，甲醇平衡转化率及CO选择性的影响如图1所示。

CO选择性= $\text{[math]}$ ×100%。

①图1中表示甲醇平衡转化率的曲线是(填“M”或“N”)。

②当水和甲醇投料比大于0.8时，曲线N下降的原因是。

Ⅱ．储氢：发生反应H₂＋ HCO $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ HCOO^-＋H₂O

（3）密闭容器中，向含有催化剂的0.1 mol/L NaHCO₃溶液中通入H₂ ，其他条件不变，HCOO^-产率随温度变化如图2所示。当温度高于70 ℃，HCOO^-产率下降的可能原因是。

Ⅲ．用氢：工业上用H₂和CO₂可合成甲醇

CO₂(g)＋3H₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g)＋H₂O(g) ΔH =-53.7 kJ/mol

（4）控制温度为T ℃，总压为P₀ ，向密闭容器中充入1 mol CO₂和3 mol H₂进行上述反应。CO₂的转化率在两种不同催化剂作用下随时间的变化曲线如图3所示。

①活化能：过程Ⅰ过程Ⅱ，n点v_逆m点v_正(填“>”、 “<” 或“=”)。

②过程Ⅰ，t₂时刻改变的反应条件可能是。

A．使用更优良的催化剂 B．增大CO₂的用量 C．将水蒸气液化移出体系 D．升高温度

③该温度下，平衡常数K_p=(用含P₀的代数式表示)。

综合题普通

2. 为加快实现“双碳”目标，有效应对全球气候变化、构建低碳社会， $\text{[math]}$ 资源化利用受到越来越多的关注。利用 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 制备合成气CO、 $\text{[math]}$ 的反应历程如下

第一步： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

第二步： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

说明：ads为吸附型催化剂。

(1) 制备合成气总反应的反应热 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

(2) 一定条件下ads对 $\text{[math]}$ 也有吸附作用。结合下图分析ads吸附 $\text{[math]}$ 的适宜条件是。

(3) 煤的气化是一种重要的制氢途径。在一定温度下，向体积固定的密闭容器中加入足量的 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，起始压强为0.2MPa时，发生下列反应生成水煤气：

反应I： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应II： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应达到平衡时， $\text{[math]}$ 的转化率为50%，CO的物质的量为0.1mol， $\text{[math]}$ 的物质的量为0.2mol。

①有利于反应I自发进行的条件是。

②下列说法正确的是。

A．平衡时向容器中充入惰性气体，反应I的平衡不移动

B．混合气体的密度保持不变时，不能说明反应体系已达到平衡

C．平衡时整个体系吸收31.2kJ能量

D．反应II的化学方程式前后物质的化学计量数之和相等，所以反应II的 $\text{[math]}$

③平衡时，气体的总物质的量为mol，反应I的平衡常数 $\text{[math]}$ MPa。

[ $\text{[math]}$ ：以气体物质的分压 $\text{[math]}$ 替代浓度计算得到的平衡常数， $\text{[math]}$ ， p表示平衡时总压， $\text{[math]}$ 表示平衡系统中B的物质的量分数]

综合题困难

已知：某空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环，其中涉及反应：CO₂(g) + 4H₂(g) $\text{[math]}$ 2H₂O(g) + CH₄(g)，该反应的平衡常数(K)与反应温度(t)之间的关系如图1所示。回答问题：

（1）若反应为基元反应，且反应的 $\text{[math]}$ 与活化能(Ea)的关系为 $\text{[math]}$ 。在图2中补充完成该反应过程的能量变化示意图。

（2）某研究小组模拟该反应，温度t下，向容积为10L的抽空的密闭容器中通入0.1molCO₂和0.4molH₂ ，反应平衡后测得容器中n(CH₄)=0.05mol。则 $\text{[math]}$ 的转化率为。在上述平衡体系中各加入0.05mol的上述反应物、生成物，则加入后v正v逆(填“>”、“<”或“=”)。

在相同条件下， $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 还会发生不利于氧循环的副反应：CO₂(g) + 3H₂(g) $\text{[math]}$ H₂O(g) + CH₃OH(g)，在反应器中按 $\text{[math]}$ 通入反应物，在不同温度、不同催化剂条件下，反应进行到2min时，测得反应器中 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 浓度( $\text{[math]}$ )如下表所示。

催化剂	t=350℃		t=400℃
催化剂	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
催化剂Ⅰ	10.8	12722	345.2	42780
催化剂Ⅱ	9.2	10775	34	38932

（3）在选择使用催化剂Ⅰ和350℃条件下反应， $\text{[math]}$ 生成CH₃OH平均反应速率为 $\text{[math]}$ ；若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400℃的反应条件，原因是。

综合题困难